JP5840278B1 - 耐食皮膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】亜鉛メッキとの密着性に優れ、亜鉛メッキへの腐食因子を阻止するバリヤー皮膜を備え、耐食性を維持しつつ皮膜全体の膜厚を薄くする耐食皮膜構造を提供することを目的とする。【解決手段】亜鉛又は亜鉛合金の電気メッキを施した下地材表面に、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜を焼き付け塗装で形成し、その上のトップコートとして、有機物質を含む、ゾルゲル法で得られたポリオルガノシロキサン薄膜を硬化処理し、次いで焼成処理し多孔質シリカ皮膜を形成することを特徴とする。【選択図】図１
Description
発明は、クロムを含まない環境負荷を軽減し、トップコートを半導体製造技術を用いた薄膜とし耐食性を維持しつつ皮膜全体の膜厚を薄くした耐食皮膜形成方法に関する。
従来、下地材の耐食性の向上のため溶融亜鉛メッキが多用されているが、湿潤雰囲気、排ガス雰囲気、海岸近傍の雰囲気等に長期間に渡って曝される表面に白錆が発生する。白錆は、亜鉛が犠牲防食となって鉄生地を保護する機能を有するが外観が悪化する。
白錆の発生の防止には、亜鉛メッキの上にクロメート処理する方法が通常採用されているが、クロメート処理にはクロムイオンを含む廃液の処理に多大な負担がかかるという問題を有する。そこで、チタン系、モリブデン系、リン酸塩系等の薬液を使用したクロムフリーの表面処理方法が検討されている。
たとえば、硫酸チタン水溶液及びリン酸を含む処理液を亜鉛メッキ鋼板に塗布して加熱乾燥することにより耐食性に優れたチタン化合物含有皮膜を形成するものや、マンガン化合物及びチタン化合物を含む酸性溶液を亜鉛メッキ鋼板に塗布して加熱乾燥することにより耐食性に優れたマンガン及びチタンの複合化合物皮膜を形成するものが提案されている。
しかしながら、硫酸チタン水溶液及びリン酸を含む処理液を亜鉛メッキ鋼板に塗布して加熱乾燥することにより耐食性に優れたチタン化合物含有皮膜を形成するものや、マンガン化合物及びチタン化合物を含む酸性溶液を亜鉛メッキ鋼板に塗布して加熱乾燥することにより耐食性に優れたマンガン及びチタンの複合化合物皮膜を形成するものは、亜鉛メッキとの密着性に問題があり、さらに、亜鉛メッキされた下地材表面にクロメート処理同様の薄膜処理を行う場合、均一な塗布が難しく、不均一な皮膜が形成され易く、皮膜に残存する酸性根が耐食性に悪影響を及ぼすという問題を有する。
本発明の耐食皮膜構造は、従来技術のもつ問題点を解決する、亜鉛メッキとの密着性に優れ、亜鉛メッキへの腐食因子を阻止するバリヤー皮膜を備え、耐食性を維持しつつ皮膜全体の膜厚を薄くする耐食皮膜形成方法を提供することを目的とする。
本発明の耐食皮膜形成方法は、前記課題を解決するために、亜鉛又は亜鉛合金の電気メッキを施した下地材表面に、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜を焼き付け塗装で形成し、その上のトップコートとして、有機物質を含む、ゾルゲル法で得られた焼成処理の条件下で揮発又は分解するポリエーテルを含むポリオルガノシロキサン薄膜を塩基性物質雰囲気下で硬化処理し、次いで焼成処理し多孔質シリカ皮膜を形成することを特徴とする。
また、本発明の耐食皮膜形成方法は、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の焼き付け塗装を二度繰り返して混合皮膜を形成することを特徴とする。
また、本発明の耐食皮膜形成方法は、前記耐食皮膜形成方法によりボルト表面に耐食皮膜を形成することを特徴とする。
亜鉛又は亜鉛合金の電気メッキを施した下地材表面に、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜を焼き付け塗装で形成し、その上のトップコートとして、有機物質を含む、ゾルゲル法で得られた焼成処理の条件下で揮発又は分解するポリエーテルを含むポリオルガノシロキサン薄膜を塩基性物質雰囲気下で硬化処理し、次いで焼成処理し多孔質シリカ皮膜を形成することで、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜は亜鉛又は亜鉛合金の皮膜との密着性に優れ、水や塩素イオン等の腐食因子の侵入を阻止するバリヤーとして機能し、トップコートの半導体製造技術を用いて薄膜化した多孔質シリカ皮膜が耐食性を向上させ、傷に対して膜を拡散させて傷を覆う自己修復性を備えることで耐傷性を向上することが可能となり、皮膜全体の膜厚を薄くすることが可能となる。
亜鉛、アルミ、シリカ化合物の焼き付け塗装を二度繰り返して混合皮膜を形成することで、混合皮膜の膜厚を増加させ耐食性をより向上させることが可能となる。
耐食皮膜形成方法によりボルト表面に耐食皮膜を形成することで、皮膜の膜厚が薄くボルトに適用すると締め付けトルクを低減することが可能で、トップコートの多孔質シリカ皮膜が締め付け傷を自己修復することが可能となる。
亜鉛、アルミ、シリカ化合物の焼き付け塗装を二度繰り返して混合皮膜を形成することで、混合皮膜の膜厚を増加させ耐食性をより向上させることが可能となる。
耐食皮膜形成方法によりボルト表面に耐食皮膜を形成することで、皮膜の膜厚が薄くボルトに適用すると締め付けトルクを低減することが可能で、トップコートの多孔質シリカ皮膜が締め付け傷を自己修復することが可能となる。
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の耐食皮膜構造１の第一実施形態を示す。
下地材２の表面に電気メッキで亜鉛又は亜鉛合金皮膜３を形成する。亜鉛又は亜鉛合金皮膜３の形成には溶融メッキにより形成することができるが、膜厚の制御や表面の滑らかさにおいて電気メッキの方が優れているので電気メッキによる皮膜の形成を採用する。下地材２としては鋼、鋼合金等である。亜鉛合金としては、亜鉛、ニッケル合金が耐食性、耐久性からみて好ましい。亜鉛、ニッケル合金とする場合、亜鉛８８重量％、ニッケル１２重量％とする。電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３の膜厚は約６．０μｍとする。
電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３の上に、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４を焼き付け塗装により形成する。亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４は、電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３との密着性が良好である。また、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４は、電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３上で強固なバリヤーとして機能し、水、塩素イオン等の腐食因子の電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３への侵入を防止するとともに腐食反応を抑制する機能を有する。亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の混合比率は、亜鉛７５重量％、アルミ１５重量％、シリカ化合物１５重量％とする。亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の膜厚は約８．０μｍとする。
亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の上に、トップコートとしての多孔質シリカ皮膜５を形成する。多孔質シリカ皮膜４は半導体製造技術を用いて形成される。多孔質シリカ皮膜４の形成は、有機物質を含む、ゾルゲル法で得られたポリオルガノシロキサン薄膜を硬化処理し、次に焼成処理して多孔質シリカ皮膜を形成するが、その際、ポリオルガノシロキサン薄膜として焼成処理の条件下で揮発又は分解する有機物質を含むものを用い、且つ、硬化処理を塩基性下で行う。
トップコートとしての多孔質シリカ皮膜５は、傷に対して膜を拡散させて傷部を覆う自己修復性を備えている。多孔質シリカ皮膜５にチタンを含有させることにより、多孔質シリカ皮膜の機械的強度と耐摩耗性を向上することが可能となる。チタンを含有する場合の混合比率はシリカ化合物７５重量％、チタン２５重量％とする。多孔質シリカ皮膜５の膜厚は約１．０μｍとする。
第一実施形態では、電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金膜３の膜厚が約６．０μｍで、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の膜厚が約８．０μｍで、トップコートとしての多孔質シリカ皮膜５の膜厚が１．０μｍなので、耐食皮膜構造１全体の膜厚は、約１５．０μｍと従来の耐食皮膜構造に比較して耐食性維持しつつ飛躍的に薄くすることが可能となる。
図２は、本発明の耐食皮膜構造１の第二実施形態を示す。この実施形態では、第一実施形態と同様に、下地材２の表面に電気メッキで亜鉛又は亜鉛合金皮膜３を形成する。亜鉛合金としては、亜鉛、ニッケル合金が耐食性、耐久性からみて好ましい。亜鉛、ニッケル合金とする場合、亜鉛８８重量％、ニッケル１２重量％とする。電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３の膜厚は約６．０μｍとする。
電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３の上に、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の焼き付け塗装を２度実施し、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４を形成する。亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の混合比率は、亜鉛７５重量％、アルミ１５重量％、シリカ化合物１５重量％とする。亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の膜厚は、焼き付け塗装を２度繰り返すことにより、約１６．０μｍとする。亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の膜厚を厚くすることにより、電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３上で強固なバリヤーとして機能し、水、塩素イオン等の腐食因子の電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金皮膜３への侵入を防止するとともに腐食反応を抑制する機能がより向上し、耐食性をより向上させる。
亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の上に、第一実施形態と同様にトップコートとしての多孔質シリカ皮膜５を形成する。チタンを含有する場合の混合比率はシリカ化合物７５重量％、チタン２５重量％とする。多孔質シリカ皮膜５の膜厚は約１．０μｍとする。
第二実施形態では、電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金膜３の膜厚が約６．０μｍで、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜４の膜厚が約１６．０μｍで、トップコートとしての多孔質シリカ皮膜５の膜厚が１．０μｍなので、耐食皮膜構造１全体の膜厚は、約２３．０μｍと従来の耐食皮膜構造に比較して耐食性維持しつつ飛躍的に薄くすることが可能となる。
本発明の耐食皮膜構造１をボルトに適用した場合について説明する。ボルト表面に形成される耐食皮膜構造１の膜厚が厚いと、ボルトのねじ外径と雌ねじのねじ溝との設計寸法に誤差が生じ、ボルト締め付け時に耐食皮膜構造１が傷つく回数が増加する。本発明の耐食皮膜構造１は全体膜厚が薄く、ボルトのねじ外径と雌ねじのねじ溝との設計寸法に誤差が生じることがなく、ボルト締め付け時に耐食皮膜構造１が傷つく回数が著しく減少する。たとえ、耐食皮膜構造１が傷ついても、トップコートとしての多孔質シリカ皮膜５が、傷に対して膜を拡散させて傷部を覆う自己修復性を備えているので傷部を修復することが可能である。さらに、膜厚が薄いためボルトの回転トルクを低減することも可能である。
以上のように本発明の耐食皮膜構造によれば、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜は亜鉛又は亜鉛合金の皮膜との密着性に優れ、水や塩素イオン等の腐食因子の侵入を阻止するバリヤーとして機能し、トップコートの半導体製造技術を用いて薄膜化した多孔質シリカ皮膜が耐食性を向上させ、傷に対して膜を拡散させて傷を覆う自己修復性を備えることで耐傷性を向上することが可能となり、皮膜全体の膜厚を薄くすることが可能となる。
１：耐食皮膜構造、２：下地材、３：電気メッキによる亜鉛又は亜鉛合金膜、４：亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜、５：トップコートとしての多孔質シリカ皮膜
Claims (3)
- 亜鉛又は亜鉛合金の電気メッキを施した下地材表面に、亜鉛、アルミ、シリカ化合物の混合皮膜を焼き付け塗装で形成し、その上のトップコートとして、有機物質を含む、ゾルゲル法で得られた焼成処理の条件下で揮発又は分解するポリエーテルを含むポリオルガノシロキサン薄膜を塩基性物質雰囲気下で硬化処理し、次いで焼成処理し多孔質シリカ皮膜を形成することを特徴とする耐食皮膜形成方法。
- 亜鉛、アルミ、シリカ化合物の焼き付け塗装を二度繰り返して混合皮膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の耐食皮膜形成方法。
- 前記耐食皮膜形成方法によりボルト表面に耐食皮膜を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐食皮膜形成方法。
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